Perowskite für die Optoelektronik
Start des Forschungsprojekts PerovsKET an der Universität Wuppertal.
Ein Team des Lehrstuhls für Elektronische Bauelemente an der Bergischen Universität Wuppertal will den Weg für eine technologische Revolution ebnen. Dazu starten sie das Projekt „PerovsKET – Verbesserung der Mikrostruktur von Perowskiten mittels thermischem Nanoimprint als Schlüsseltechnologie für großflächige Perowskit-Optoelektronik“. Kooperationspartner sind die Unternehmen AMO in Aachen und NB Technologies in Bonn. Das Projekt zur Erforschung wichtiger Basistechnologien für die Informations- und Kommunikationstechnik der Zukunft wird aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung und vom Land Nordrhein-Westfalen über eine Laufzeit von drei Jahren mit insgesamt rund anderthalb Millionen Euro gefördert. 530.000 Euro gehen an die Bergische Uni.
Die Kombination elektronischer und photonischer Schaltungen auf einem Mikrochip stellt hinsichtlich Übertragungsgeschwindigkeit und Effizienz Funktionalitäten in Aussicht, die bislang nicht erreicht wurden. Neben der Informations- und Kommunikationstechnik finden sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Sensorik bis hin zu „Labor-auf-dem-Chip“-Lösungen. Der integrierten Optoelektronik fehlt allerdings die zentrale Komponente: eine geeignete Lichtquelle, die sich in Siliziumchips integrieren lässt. Hier kommen neue Halbleiter aus der Materialklasse der Perowskite ins Spiel. Sie weisen großes Potenzial für die Integration in die Silizium-Elektronik auf. Als wichtige Vorarbeit wurde in Zusammenarbeit des Lehrstuhls für Elektronische Bauelemente unter Leitung von Thomas Riedl und der Arbeitsgruppe Mikrostrukturtechnik unter Leitung von Hella-Christin Scheer ein neuartiger Herstellungsprozess für besonders defektarme Perowskit-Schichten entwickelt.
Dabei werden die aus einer Lösung aufgebrachten Schichten mittels eines thermischen Verfahrens rekristallisiert. „Sehr vereinfacht gesprochen, werden die anfangs sehr rauen und defektreichen Perowskit-Schichten mit einem sehr präzisen Bügeleisen glattgebügelt. Dadurch werden nicht nur optische Verluste durch Lichtstreuung reduziert, sondern es werden auch Strukturdefekte im Perowskit-Halbleiter beseitigt, die Lasertätigkeit erschweren oder unmöglich machen. Auch eine Strukturierung der Perowskit-Schichten mit photonischen Resonatorstrukturen, die für einen Laser benötigt werden, wird dadurch möglich“, erklärt Riedl. Das Verfahren sei für etablierte Halbleiter aussichtslos. „Erst die spezifischen Kristalleigenschaften der Perowskite ermöglichen dieses Vorgehen“, ergänzt der Wissenschaftler.
Ziel des Projekts PerovsKET ist es, die entwickelte Prozesstechnik besser zu verstehen und das bisher noch in den Perowskiten enthaltene Blei durch andere Metalle zu ersetzen. Der Bonner Projektpartner NB Technologies bringt ein patentiertes Nanoimprint-Verfahren mit innovativen Stempeln in das Projekt ein. Die Aachener AMO GmbH wendet innovative Strukturierungsverfahren an, um die verbesserten Perowskit-Materialien in siliziumbasierte Chipsysteme zu integrieren. Die nanophotonischen Bauelemente sollen eine wesentlich verbesserte Leistungsfähigkeit demonstrieren und Rekordwerte auch auf größeren aktiven Flächen als bisher erreichen. „Idealerweise leisten unsere Arbeiten auch einen wesentlichen Beitrag im globalen Rennen um die erste Perowskit-Laserdiode. Das übergeordnete Ziel bleibt aber die integrierte Optoelektronik, um das Beste aus der Welt der Elektronik und der Photonik zu vereinen“, sagt Riedl.
BU Wuppertal / JOL
